KR100412989B1 - Illumination in lithography - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광량의 손실이나 광량의 균일도 악화없이 중심으로부터 멀리 확대할 수 있고 1차광이 50%이상 렌즈에 집속되도록 하는데 적합한 노광장치의 조명계를 제공하기 위한 것으로, 노광대상위로 프로젝션렌즈, 상기 노광대상에 전사하고자 하는 패턴이 형성된 마스크, 콘덴서렌즈렌즈 및 상기 콘덴서렌즈에 입사되는 광을 차단하는 차광영역과 광을 투과하는 투광영역을 갖는 어퍼쳐가 일렬로 배치된 노광장치에 있어서, 상기 어퍼쳐와 상기 콘덴서렌즈 사이에 프리즘을 장착하여 상기 콘덴서렌즈에 들어가는 1차 회절광의 효율을 적어도 50%가 넘도록 한다.The present invention is to provide an illumination system of an exposure apparatus that can be extended far from the center without losing the light quantity or deterioration of the uniformity of the light quantity and suitable for focusing the primary light on the lens by 50% or more. An exposure apparatus in which a pattern having a pattern to be transferred to a condenser, a condenser lens lens, and an aperture having a light shielding area for blocking light incident to the condenser lens and a light transmitting area for transmitting light are arranged in a row, wherein the aperture and A prism is mounted between the condenser lenses so that the efficiency of the first order diffracted light entering the condenser lens is at least 50%.
Description
본 발명은 스테퍼(Stepper) 및 스캐너(Scanner)의 조명(Illumination) 장치에 관한 것으로, 특히 어퍼쳐(aperture)를 구비한 조명계에 관한 것이다.The present invention relates to an illumination device of a stepper and a scanner, and more particularly, to an illumination system having an aperture.
최근 반도체 장치의 고집적화, 고밀도화 추세에 따라 보다 더 미세한 패턴을 형성하기 위한 포토리소그라피(photolithograph) 기술들이 개발되고 있다. 특히 256M DRAM급 이상의 초고집적소자(ULSI)를 제조하기 위해서는 고해상도와 높은 초점 심도(Depth Of Focus; DOF)가 필요하기 때문에 어퍼쳐(Aperture)를 사용한 사입사 조명(off-axis) 방법과 같은 변형조명 방법의 활용이 활발하게 이루어지고 있다.Recently, photolithography (photolithograph) technologies for forming finer patterns have been developed according to the trend of higher integration and higher density of semiconductor devices. In particular, high-resolution and high depth-of-focus (DOF) are required to manufacture ultra-high-density devices (ULSI) of 256M DRAM or higher, such as the off-axis method using aperture. The utilization of the lighting method is actively performed.
일반적으로 사용되고 있는 사입사 조명계에 이용되는 어퍼쳐로는 애뉼러(annular), 쿼드러플(quadruple), 다이폴(dipole)가 주를 이루며, 크로스폴(cross pole)을 이용한 노광기술 또한 많은 연구가 진행되고 있다.The most commonly used aperture lighting systems include annular, quadruple, and dipole, and many researches on exposure technology using cross poles are also underway. It is becoming.
도 1a은 컨벤셔널어퍼쳐를 이용한 조명이고, 도 1b는 애뉼러어퍼쳐를 이용한 조명이며, 도 1c은 쿼드러플어퍼쳐를 이용한 조명을 도시하고 있다.FIG. 1A shows an illumination using a conventional aperture, FIG. 1B shows an illumination using an annular aperture, and FIG. 1C shows an illumination using a quadruple aperture.
도 2는 종래 노광장치의 조명계를 도시한 도면이다.2 is a view showing an illumination system of a conventional exposure apparatus.
도 2에 도시된 바와 같이, 콘덴서렌즈에 입사되는 노광원을 제한하는 광제한수단인 애뉼러어퍼쳐(11), 애뉼러어퍼쳐(11)를 통과한 노광원을 집광해주는 콘덴서렌즈(12)가 설치된다. 그리고, 콘덴서 렌즈(12)의 하부에는 프로젝션(Projection) 렌즈(13)가 설치되고, 콘덴서 렌즈(12)와 프로젝션 렌즈(13) 사이에는 웨이퍼(10)에 패턴을 형성하기 위한 마스크(14)가 삽입 장착된다.As shown in FIG. 2, the condenser lens 12 condensing the exposure source passing through the annular aperture 11 and the annular aperture 11, which is a light limiting means for limiting the exposure source incident on the condenser lens, is shown in FIG. Is installed. A projection lens 13 is provided below the condenser lens 12, and a mask 14 for forming a pattern on the wafer 10 is disposed between the condenser lens 12 and the projection lens 13. Insert is mounted.
상기와 같이 구성된 종래 조명계는, 노광원이 애뉼러어퍼쳐(11)와 콘덴서 렌즈(12)를 거쳐 필터링됨과 동시에 집광되어 마스크(14)를 통과한 후, 프로젝션 렌즈(13)를 통하여 포토레지스트가 도포된 웨이퍼(10)에 노광되게 됨과 아울러 마스크(14)에 형성된 패턴이 그 웨이퍼(10)에 형성되게 하는 것이다.In the conventional illumination system configured as described above, after the exposure source is filtered through the annular aperture 11 and the condenser lens 12 and collected and passed through the mask 14, the photoresist is formed through the projection lens 13. In addition to being exposed to the coated wafer 10, a pattern formed on the mask 14 is formed on the wafer 10.
이와 같은 노광을 하게 되면, 콘덴서 렌즈(12)와 마스크(14)를 통과하는 광은 회절성분에 의하여 +1, -1, 0 차(Order)로 파생되어 지는데, 이때 퓨필(Pupil) 필터링에 의하여 -1차광은 제거되어 지고, 웨이퍼(20)에는 +1차광과 0차광만이 결상된다.In such exposure, the light passing through the condenser lens 12 and the mask 14 is derived by +1, -1, 0 order by the diffraction component, by Pupil filtering. -1st order light is removed, and only + 1st order light and 0th order light are imaged on the wafer 20.
상술한 종래 조명계에 도 1a 내지 도 1c의 어퍼쳐를 이용하는 경우, 해상력을 극한으로 높이기 위해서는 중심으로부터 더 멀어지도록 크게 확대해야 한다.In the case of using the apertures of FIGS. 1A to 1C in the above-described conventional illumination system, in order to increase the resolution to the limit, it is necessary to greatly enlarge the further away from the center.
그러나, 상술한 조명계를 더욱 확대하게 되면 광량이 감소하고 광량의 균일도가 악화되는 단점이 발생하고, 이러한 단점을 극복하여 사용 가능하도록 하기 위해서는 제작비의 상승이 필요하게 된다. 또한, 장비 제작상의 한계로 인하여 어느 정도 이상으로 확대가 불가능한 문제가 있다.However, when the above-described lighting system is further enlarged, the disadvantage is that the amount of light decreases and the uniformity of the amount of light deteriorates. In order to overcome the disadvantage and to be able to use it, an increase in manufacturing cost is required. In addition, there is a problem that can not be expanded to some extent due to the limitations in manufacturing equipment.
일반적으로 반도체 노광장치에서는 마스크를 지나면서 빛이 회절하는 성질을이용하여 패터닝하는데, 0차광, ±1차광 등 3개의 회절광을 이용한다. 이때, 렌즈에 들어가는 ±1차광의 효율이 40%∼50% 이상이면 해상이 가능하다고 한다.Generally, in the semiconductor exposure apparatus, patterning is performed by using the property of light diffracting through a mask, and three diffracted light, such as 0th order light and ± 1st order light, is used. At this time, it is said that resolution is possible if the efficiency of ± 1st light entering the lens is 40% to 50% or more.
도 3은 종래 기술에 따른 ±1차광 효율을 도시한 도면이다.3 is a view showing ± 1 light shielding efficiency according to the prior art.
도 3에서, 시그마(sigma, σ)는 필드 포지션( field position ) 별로 달라지는 값, 즉 코히런스( coherence ) 값을 일컫는다.In FIG. 3, sigma (σ) refers to a value that varies according to field positions, that is, a coherence value.
먼저 0.13㎛ 라인/스페이스 패턴에서, 개구수(Number of Aperture) 0.70에 외측시그마값이 0.85이고, 내측시그마값이 0.55인 애뉼러어퍼쳐를 사용하는 경우는, 1차광의 효율이 약 50%인 반면, 시그마값이 0.85인 콘벤셔널 어퍼쳐에서는 1차광의 효율이 37% 정도밖에 되지 않아 해상력이 떨어진다.First, when using an annular aperture having an outer sigma value of 0.85 and an inner sigma value of 0.55 for a numerical aperture of 0.70 in a 0.13 µm line / space pattern, the efficiency of primary light is about 50%. On the other hand, in a conventional aperture with a sigma value of 0.85, the primary light efficiency is only about 37%, resulting in poor resolution.
그리고, 0.11㎛ 라인/스페이스 패턴에서, 회절이 더욱 심하게 일어나 외측시그마값이 0.85이고 내측시그마값이 0.55인 애뉼러어퍼쳐를 사용하는 경우는, 1차광의 효율이 약 22%이고, 컨벤셔널어퍼쳐에서는 17%정도 밖에 되지 않아 해상할 수 없다.In the 0.11 µm line / space pattern, when diffraction occurs more severely and an annular aperture having an outer sigma value of 0.85 and an inner sigma value of 0.55 is used, the efficiency of primary light is about 22%, and the conventional upper Only about 17% can not be resolved.
결국, 도 3에서 살펴본 바와 같이, 일반적인 애뉼러어퍼쳐 및 컨벤셔널어퍼쳐를 이용하는 경우에는 선폭이 작아짐에 따라 해상이 불가능한 단점이 있다.As a result, as shown in FIG. 3, in the case of using the general annular aperture and the conventional aperture, there is a disadvantage in that resolution is impossible as the line width becomes smaller.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 안출한 것으로서, 광량의 손실이나 광량의 균일도 악화없이 중심으로부터 멀리 확대할 수 있고 1차광이 50%이상 렌즈에 집속되도록 하는데 적합한 노광장치의 조명계를 제공하는데 그 목적이있다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art, to provide an illumination system of an exposure apparatus that can be extended far from the center without the loss of light quantity or deterioration of the uniformity of the light quantity and is suitable for focusing primary light to 50% or more of the lens. For that purpose.
도 1a은 종래 컨벤셔널어퍼쳐를 이용한 조명을 나타낸 도면,Figure 1a is a view showing the illumination using a conventional conventional aperture,
도 1b는 종래 애뉼러어퍼쳐를 이용한 조명을 나타낸 도면,Figure 1b is a view showing the illumination using a conventional annular aperture,
도 1c은 종래 쿼드러플어퍼쳐를 이용한 조명을 나타낸 도면,Figure 1c is a view showing the illumination using a conventional quadruple aperture,
도 2는 종래기술에 따른 노광장치의 조명계를 도시한 도면,2 is a view showing an illumination system of the exposure apparatus according to the prior art,
도 3은 종래 조명계의 애뉼러어퍼쳐를 이용한 ±1차광 효율을 도시한 도면이다.3 is a diagram showing ± 1 light shielding efficiency using the annular aperture of the conventional illumination system.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 노광장치의 조명계를 도시한 도면,4 is a view showing an illumination system of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention;
도 5는 도 4에 따른 크로스애뉼러형 조명을 도시한 도면,5 shows a cross-annular illumination according to FIG. 4, FIG.
도 6은 0.13㎛/0.11㎛ 선폭에서의 종래기술과 본 발명의 1차광 효율을 비교한 도면,6 is a view comparing primary light efficiency of the prior art and the present invention at a line width of 0.13 μm / 0.11 μm,
도 7a는 본 발명의 제2실시예에 따른 크로스애뉼러 조명을 도시한 도면,7a illustrates a cross-annular illuminator according to a second embodiment of the present invention;
도 7b는 본 발명의 제3실시예에 따른 크로스애뉼러조명을 도시한 도면,Figure 7b is a view showing a cross-annular lighting according to a third embodiment of the present invention,
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
20 : 웨이퍼 21 : 애뉼러어퍼쳐20 wafer 21 annular aperture
22: 콘덴서렌즈 23 : 프로젝션 렌즈22: condenser lens 23: projection lens
24 : 마스크 25 : 피라미드형 프리즘24: Mask 25: Pyramid Prism
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 노광장치의 조명계는 노광대상위로 프로젝션렌즈, 상기 노광대상에 전사하고자 하는 패턴이 형성된 마스크, 콘덴서렌즈렌즈 및 상기 콘덴서렌즈에 입사되는 광을 차단하는 차광영역과 광을 투과하는 투광영역을 갖는 어퍼쳐가 일렬로 배치된 노광장치에 있어서, 상기 어퍼쳐와 상기 콘덴서렌즈 사이에 프리즘을 장착하여 상기 콘덴서렌즈에 들어가는 1차 회절광의 효율을 적어도 50%가 넘도록 하는 것을 특징으로 하며, 상기 어퍼쳐는 애뉼러어퍼쳐이고, 상기 프리즘은 피라미드형 프리즘이고, 상기 프리즘의 방향을 회전시키는 것을 특징으로 하며, 상기 프리즘은 서로 다른 각도를 갖는 프리즘인 것을 특징으로 한다.The illumination system of the exposure apparatus of the present invention for achieving the above object comprises a projection lens, a mask formed with a pattern to be transferred to the exposure object, a condenser lens lens and a light shielding area for blocking light incident on the condenser lens; 16. An exposure apparatus in which apertures having a light-transmitting region for transmitting light are arranged in a line, wherein a prism is provided between the aperture and the condenser lens so as to exceed at least 50% of the efficiency of the first diffracted light entering the condenser lens. The aperture is an annular aperture, the prism is a pyramidal prism, characterized in that to rotate the direction of the prism, the prism is characterized in that the prism having a different angle.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. .
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 노광장치의 조명계를 도시한 도면이다.4 is a view showing an illumination system of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 콘덴서렌즈에 입사되는 노광원을 제한하는 광제한수단인 애뉼러어퍼쳐(21), 애뉼러어퍼쳐(21)를 통과한 노광원을 집광해주는 콘덴서렌즈(22)가 설치되고, 콘덴서 렌즈(22)의 하부에 프로젝션렌즈(23)가 설치된다.4, the condenser lens 22 for condensing the exposure source passing through the annular aperture 21 and the annular aperture 21, which is a light limiting means for limiting the exposure source incident on the condenser lens, is installed. The projection lens 23 is provided below the condenser lens 22.
그리고, 콘덴서렌즈(22)와 프로젝션렌즈(23) 사이에는 웨이퍼(20)에 패턴을 형성하기 위한 마스크(24)가 삽입 장착된다.A mask 24 for forming a pattern on the wafer 20 is inserted between the condenser lens 22 and the projection lens 23.
그리고, 애뉼러어퍼쳐(21)와 콘덴서렌즈(22) 사이에 피라미드형 프리즘(25)이 삽입된다.Then, a pyramid prism 25 is inserted between the annular aperture 21 and the condenser lens 22.
도 4에 도시된 조명계는 애뉼러어퍼쳐와 콘덴서렌즈 사이에 피라미드형 프리즘을 삽입하므로써 크로스애뉼러(cross annular) 조명이 된다(도 5 참조).The illumination system shown in FIG. 4 becomes cross annular illumination by inserting a pyramid prism between the annular aperture and the condenser lens (see FIG. 5).
도 5에 도시된 바와 같이, 애뉼러어퍼쳐를 통과한 광은 피라미드형 프리즘을 통과하면서 크로스애뉼러형 조명이 된다.As shown in FIG. 5, the light passing through the annular aperture becomes cross-annular illumination while passing through a pyramidal prism.
이러한 결과에 따라, 크로스애뉼러형 조명을 사용하면 피라미드형 프리즘의 위치를 적절히 조절하는 경우 개구수 0.70의 렌즈를 가지고도 0.11㎛ 정도의 극한 해상력을 쉽게 얻을 수 있다.According to these results, when the cross-annular illumination is used to properly adjust the position of the pyramidal prism, an extreme resolution of about 0.11 μm can be easily obtained even with a lens having a numerical aperture of 0.70.
도 6은는 0.13㎛/0.11㎛ 선폭에서의 종래기술과 본 발명의 1차광 효율을 비교한 도면이다.6 is a view comparing the primary light efficiency of the present invention with the prior art at a line width of 0.13 μm / 0.11 μm.
도 6을 참조하면, 0.13㎛ 라인/스페이스 패턴에서, 개구수0.70에 외측시그마값이 0.85이고, 내측시그마값이 0.55인 애뉼러어퍼쳐를 사용하는 종래기술은, 1차광의 효율이 약 49.7%인 반면, 동일한 개구수와 시그마값을 갖는 본 발명의 크로스애뉼러조명의 경우는 1차광의 효율이 55%로 해상력이 증가함을 알 수 있다.Referring to FIG. 6, in the 0.13 μm line / space pattern, the conventional technique using an annular aperture having a numerical aperture of 0.70 with an outer sigma value of 0.85 and an inner sigma value of 0.55 has a primary light efficiency of about 49.7%. On the other hand, in the case of the cross-annular illumination of the present invention having the same numerical aperture and sigma value, the resolution of the primary light can be seen to increase to 55%.
한편, 크로스애뉼러조명을 사용하는 조명계는, 외측시그마값을 0.95로 증가시키고 내측시그마값을 0.65로 증가시키는 경우 1차광 효율이 50%로 나타나는데,이는 1차광의 효율이 40%∼50% 이상이면 해상이 가능하다고 할 수 있는 점을 감안하면 시그마값을 적절히 조절하더라도 크로스애뉼러 조명은 해상력이 있다고 볼수 있음을 알 수 있다.On the other hand, in an illumination system using cross-annular illumination, when the outer sigma value is increased to 0.95 and the inner sigma value is increased to 0.65, the primary luminous efficiency is 50%, which is 40% to 50% or more. Considering that resolution can be achieved, it can be seen that cross-annular lighting has resolution even if the sigma value is properly adjusted.
0.11㎛ 선폭에서의 종래기술과 본 발명의 1차광 효율을 비교해보면, 0.11㎛ 라인/스페이스 패턴에서, 회절이 더욱 심하게 일어나 외측시그마값이 0.85이고 내측시그마값이 0.55인 애뉼러어퍼쳐를 사용하는 종래기술은, 1차광의 효율이 약 22% 정도로 해상할 수 없는 값인 반면에, 크로스애뉼러 조명을 사용하는 본 발명의 경우는 외측시그마값이 0.85이고 내측시그마값이 0.55인 경우에 40%이고, 외측시그마값이 0.95이고 내측시그마값이 0.65인 경우에 500%이다.Comparing the primary light efficiency of the present invention with a 0.11 μm line width, the diffraction occurs more severely in the 0.11 μm line / space pattern, using an annular aperture having an outer sigma value of 0.85 and an inner sigma value of 0.55. In the prior art, the efficiency of primary light is about 22%, which is not resolvable, whereas in the present invention using cross-annular illumination, the outer sigma value is 0.85 and the inner sigma value is 40%. The outer sigma is 0.95 and the inner sigma is 0.65.
결국, 종래 애뉼러조명으로는 해상할 수 없었던 것에 비해 본 발명의 크로스애뉼러 조명을 사용하는 경우에는 선폭이 0.11㎛이더라도 해상할 수 있다.As a result, in the case of using the cross-annular illumination of the present invention, the resolution can be resolved even if the line width is 0.11 占 퐉, compared to the conventional annular illumination.
그리고, 본 발명은 피라미드형 프리즘의 위치를 조절하면 극한 해상력에 대응할 수 있다.In addition, the present invention may correspond to the extreme resolution by adjusting the position of the pyramid prism.
도 7a는 본 발명의 제2실시예에 따른 조명계를 도시한 도면으로서, 제1실시예에 적용되었던 피라미드형 프리즘대신에 다른 각도의 피라미드형 프리즘을 이용하므로써 필요한 조명계를 선택하도록 할 수 있다.FIG. 7A is a diagram illustrating an illumination system according to a second embodiment of the present invention. Instead of using a pyramid prism applied to the first embodiment, it is possible to select a required illumination system by using a pyramid prism having a different angle.
도 7b는 본 발명의 제3실시예에 따른 조명계를 도시한 도면으로서, 제1실시예 및 제2실시예에 적용된 피라미드형 프리즘의 방향을 회전시킬 수 있다.FIG. 7B is a view illustrating an illumination system according to a third embodiment of the present invention, and may rotate the direction of a pyramid prism applied to the first and second embodiments.
이와 같이, 프리즘의 방향을 회전시켜서 장착하면 또 다른 모양의 조명계를 만들 수 있다.In this way, by mounting the prism by rotating the direction of the prism it is possible to make another shape of the illumination system.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
상술한 본 발명은 프리즘만을 추가 장착하므로써 1차광의 효율을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention described above has the effect of maximizing the efficiency of primary light by additionally mounting only the prism.
또한 추가 장착된 프리즘의 위치를 조절하므로써 원하는 극한 조명 모양을 얻을 수 있으며, 프리즘을 회전시키므로서 다른 형태의 조명 모양을 용이하게 구현할 수 있는 효과가 있다.In addition, by adjusting the position of the additional prism to obtain the desired extreme lighting shape, and by rotating the prism there is an effect that can easily implement other types of lighting shape.
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| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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